Газовая холодильная машина Советский патент 1988 года по МПК F25B9/00 

32

ff

12

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных криогенных машин, имеющих большой ресурс работы и компактных.

Цель изобретения - повышение технологичности, ремонтопригодности и экономичное ти.

На фиг.1 представлена газовая хо- лодильная машина; на фиг.2 - шток с втулкой (вариант с плоскими гранями штока), поперечное сечение; на фиг.З шток с центральным отверстием, сечение; на фиг.4 - шток с вогнутыми гранями и втулкой, имеющей продольны выемки, сечение; на фиг.5 - шток с гильзой и втулкой, сечение.

Газовая холодильная машина состо- ит из корпуса 1, в котором размещены цилиндр 2 с компрессорной 3 и расширительной 4 полостями, в которых расположены поршни 5 компрессора и поршни 6 вытеснителя соответственно, связанные штоком 7 с рабочими гранями 8 (а данном примере их четыре), проходящим через отверстие 9 втулки 10 поршня 5. Между штоком 7 и втулко 10 размещен сепаратор 11 с телами ка чения 12, а на конце штока 7 с зазором 13 относительно втулки 10 закреплен згплотнитель 14, На наружной поверхности втулки 10 и на поршне 6 вытеснителя вьтолнёны синусоидальные канавки 15 и 16, в которые вложены шарики 17 и 18, объединенные сепаратором 19 и контактирующие с, ответньг ми канавками 20, выполненными в цилиндре 2, таким образом, что мезвду поршнями 5 и 6 и цилиндром 2 имеются гарантированные зазоры 21 и 22. Поршень 5 выполнен в виде ротора асинхронного двигателя, обмотки 23 статора которого размещены в корпусе 1. Компрессорная 3 и расширительная 4 полости соединены с помощью отверсти 24 в цилиндре 2 и далее - через холодильник 25, регенератор 26, тепло-

обменник 27 нагрузки.I

В штоке 7 может быть выполнено освое отверстие 28, что вызывает уточ- нение стенки штока 7 в зоне контакта его рабочих граней 8 с телами качения 12, делает стенку гибкой с возможностью упругого прогиба под действием контактных напряжений в сторону оси штока 7 для компенсации износа

тел качения 12, граней 8 и поверхности отверстия 9.

Рабочие грани 8 штока 7 могут быть вьтолнёны вогнутыми в виде продольных выемок 29. В этом случае на по- верхнос.ти отверстия 9 выполняют ответные выемки 30. Втулка 10 может быть снабжена гильзой 31 с неравномерной толщиной ее стенки, что выполнено в данном примере путем использования продольных пазов 32.

Газовая холодильная машина работает следующим образом.

При подаче напряжения к обмоткам 23 статора поршень 5, выполненный в виде ротора асинхронного двигателя, начинает вращаться вместе с втулкой 10. При этом тела качения под воздействием сил трения пытаются катиться по поверхности отверстия 9 и, соответственно, по граням 8 штока 7, что невозможно вследствие уменьшающегося в направлении вращения сечения между гранями 8 и поверхностью отверстия 9, и тела качения 12 оказьшаются заклиненными в направлении вращения втулки 10. Вследствие этого штока 7 также вращается вместе с втулкой 10 и вращает поршень вытеснителя 6. Таким образом поршни 5 и 6 совершают синхронное вращение вокруг оси цилиндра 2 с одинаковой скоростью. При зтом канавки 15 и 16 прокатьшаются по шарикам 17 и 18, которые катятся по канавкам 20, в результате чего поршень 6 вытеснителя и поршень 5 компрессора совершают возвратно-поступательное перемещение вдоль оси цилиндра 2, изменяя объемы полостей 4 и 3. При этом тела качения 12 не препятствуют относительному перемещению поршней 5 и 6

вдоль оси цилиндра 2.

I

Синусоидальные канавки 15 и 16 выполнены таким образом, что в начал; - ный момент времени поршень 6 вытеснителя находится в положении верхней мертвой точки, а поршень 5 компрессора перемещается вверх, сжимая газ в полости 3 до определенной величины, обусловленной, рабочим режимом машины. После достижения этой величины поршен 5 продолжает движение вверх, а поршень 6 начинает движение вниз, увеличивая объем полости 4. При этом газ проталкивается через холодильник 25, где он охлаждается, проходит через регенератор 26 и далее - через теплообменник 27 нагрузки. Поршень 5 останавливается в верхней мертвой точке, а поршень 6 продолжает двигаться вниз, при этом объем полости 4 увеличивается, и газ охлаадается вследствие расширения. Затем поршень 6 вытеснителя, пройдя нижнюю мертвую точку, начинает движение вниз одновременно движется вниз и поршень 5, хо- лодный газ проходит обратный путь, отводя теплоту в теплообменник 27 нагрузки от охлаждаемого объекта, охлаждая регенаратор 26 и подогреваяс в холодильнике 25. Затем цикл повто- ряется.

Зазоры 13, 22 и 21 достаточно мал (10-25 мкм), существенных перетечек между рабочими полостями не происхо- дит. Постоянство этих затворов обес- печивается надежным центрированием поршней 5 и 6 относительно стенок цилиндра 2 и уплотнителя 14 относительно отверстия 9.

Установка между телами качения 12 и втулкой 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной стенки позволяет компенсировать износ тел качения 12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовления сопрягающихся де- талей, повысить ресурс работы машины и понизить вибрации путем увеличения податливости системы.

Изготовление граней штока вогнутыми (фиг.4) в виде продольных выемок 29 чрезвычайно упрощает технологию, гак как выемки 29 и 30 можно получить одновременно путем обработки поверхностей штока 7 и втулки JO инструментом, диаметр которого равен диаметру тел качения 12. При этом на место сепаратора 11 с телами качения 12 устанавливают технологическую заглушку, которая после изготовления, отверстий (диаметр их равен диамет- ру тел качения 12) извлекается из зазора между штоком 7 и отверстием 9.

В конструкции практически полностью устранено трение скольжения и сопутствующие ему значительные поте- ри энергии, износ и потеря точности сопряжений. Это дает возможность использовать щелевые бесконтактные уплотнения порщней 6 и 5 с минимальными зазорами 2, 22 в течение большо- го (10 тыс.ч. и более) ресурса работы и существенно (на 10 - 20%) повысить экономичность машины.

Использование фиксирования поршня компрессора относительно поршня 6 вытеснителя в направлении их вращения с помощью тел качения позволяет упростить технологию их изготовления, так как отпадает необходимость тщательной подгонки сопрягающихся поверхностей благодаря введению простейшей операции подбора тел качения нужного диаметра при расширении допусков на изготовление поверхностей, имеющих традиционные формы. Появляется возможность многократного ремонта без применения дорогостоящих операций восстановления изношенного слоя, что с тцественно повышает ремонтопригодность машины в целом.

Формула изобретения

1.Газовая холодильная машина, содержащая цилиндр, размещенные в нем поршни компрессора и вытеснителя, : связанные штоком и снабженные электроприводом, последовательно соединенные холодильник, регенатор и теплообменник нагрузки, причем на внутренней поверхности цилиндра и наружных поверхностях поршней выполнены синусоидальные канавки, в которых помещены шарики, отличающаяс я тем, что, с целью повьшения технологичности, ремонтопригодности и экономичности, шток выполнен многогранным, вокруг него установлена циг линдрическая втулка, причем меаду последней и штоком дополнительно с натягом помещены тела качения.

2.Машина поп.1, отличающаяся тем, что грани тока выполнены плоскими.

3.Машина попп.1 и 2, о тли- чающаяся тем, что шток имеет центральное отверстие.

4.Машина по п.J, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что грани штока выполнены вогнутыми, а на внутренней поверхности втулки выполнены ответные продольные выемки.

5.Машина по п.1, отличающая с я тем, что между втулкой и телами качения дополнительно установлена гильза.

27

Фиг,1

28

Изобретение относится к криогенной технике и м.б. использовано при создании малогабаритных криогенных машин, имеющих большой ресурс работы и компактных. Цель изобретения - по- вьшение технологичности, ремонтопригодности и экономичности машины. Машина содержит цилиндр, в котором размещены поршни компрессора и вытеснителя, связанные штоком 7. Шток 7 выполнен многогранным и вокруг него установлена цилиндрическая втулка 10. Между втулкой 10 и штоком 7 дополнительно с натягом помещены тела 12 качения, препятствующие относительному перемещению поршней вдоль оси цилиндра. Установка между телами 12 качения и втулкой 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной ее стенки позволяет- компенсировать износ тел 12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовления сопрягающихся деталей, повысить ресурс работы машины, понизить вибрацию. Выполнение граней штока вогнутыми упрощает технологию. Такая конструкция позволяет производить многократный ремонт машины без применения дорогостоящих операций восстановления изношенного слоя и на 10- 20% повысить ее экономичность. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. с 9 W С

10

фие.З

fpU8.4